Zumbador activo o pasivo para Arduino, ESP8266, NodeMCU, ESP32, etc

En ocasiones necesitamos que nuestro proyecto basado en ESPEasy genere avisos sonoros, como avisos, alarmas, confirmación de determinadas acciones, u otros motivos. En este artículo veremos, paso a paso, como podemos añadir un zumbador a nuestro proyecto con ESPEasy.

Los zumbadores dan muchos problemas a la gente a la hora de que funcionen y es principalmente porque hay varios tipos de zumbadores y cada uno hay que utilizarlo de una forma distinta. Lo mejor para que funcione es saber, desde el principio, el tipo de zumbador que tienes entre manos.

No me voy a limitar a la utilización de zumbadores con el ESP8266, NodeMCU y Wemos D1 Mini, sino que voy a abarcar también cómo hacerlo con Arduino y ESP32, aunque es muy parecido.

En este caso, los ejemplos voy a hacerlos sobre el medidor de CO2 que publiqué hace unos días, pero se puede aplicar a cualquier otro tipo de proyecto.

Tipos de zumbadores, o buzzers

Lo primero que tenemos que saber es que no todos los zumbadores son iguales.

Podemos diferenciarlos, principalmente, por dos características:

  • ¿Tiene el zumbador un oscilador integrado (es un zumbador activo o pasivo)?
  • ¿Cómo se generan los tonos (zumbador piezoeléctrico o electromagnético)?

Como cada una de estas características es independiente, esto significa que tenemos en total cuatro combinaciones diferentes:

PiezoMagnético
PasivoEl tono es generado por un zumbador piezoeléctrico y no hay oscilador integrado.No tiene oscilador integrado y el tono es generado por un zumbador magnético.
ActivoEl tono es generado por un diafragma piezoeléctrico y el zumbador tiene un oscilador incorporado.Tiene oscilador integrado y zumbador magnético.
Tabla de tipos de zumbadores

A lo largo del artículo iremos profundizando en los diferentes tipos de zumbadores.

Diferencias entre zumbador pasivo y activo

La diferencia fundamental entre un zumbador activo y uno pasivo, es que el zumbador activo tiene un oscilador interno, mientras que el pasivo no lo tiene. El resto de diferencias, derivan de esta y se resumen en la siguiente tabla.

 Zumbador PasivoZumbador Activo
OsciladorSin oscilador internoOscilador integrado
AlimentaciónCorriente alternaCorriente continua o de onda cuadrada
Longitud terminalesMisma longitud de terminalesEl positivo tiene un terminal más largo
Precio relativoBaratoCaro
IdentificaciónSin pegatina arribaCon pegatina blanca arriba
Diferencias zumbador pasivo y activo

Fíjate, como un buen truco para diferenciarlos, que los zumbadores activos suelen venir con una etiqueta o pegatina en la parte de arriba y que la parte inferior de un zumbador activo suele estar sellada con resina.

Diferencias entre zumbador piezo y magnético

Los zumbadores pueden clasificarse dependiendo de la tecnología que utilicen para generar el sonido.

Los zumbadores más utilizados en los proyectos con microcontroladores son el zumbador piezo, o piezoeléctrico, y el zumbador magnético, o electromagnético. Existen otras tecnologías, pero no son tan habituales en los proyectos con microcontroladores.

En la siguiente tabla te muestro las principales diferencias entre un zumbador piezo y uno magnético:

Zumbador piezoZumbador magnético
Voltaje de funcionamiento12V~220V1.5V~12V
Consumo de corriente< 20mA> 20mA
Presión sonora (SPL)85~120 dB70~95dB
Frecuencia de resonancia2~6 kHz1~3 kHz
Diferencias zumbador piezoeléctrico y electromagnético

A continuación, te explico, con algo más de detalle, lo más importante sobre cada uno de ellos.

Cómo funciona un zumbador piezo

El zumbador piezoeléctrico es un tipo de zumbador basado en las propiedades de los cristales piezoeléctricos (poliéster o cerámica), que se deforman cuando se les aplica una tensión entre sus caras y que actuando como transductor electroacústico es utilizado para la reproducción de sonido.

Si se une a una de sus caras un cono abocinado, éste sufrirá desplazamientos capaces de producir una presión oscilante dentro de un rango de frecuencia audible, es decir, baja frecuencia.

Los zumbadores piezoeléctricos son sencillos, baratos y capaces de emitir sonidos utilizando muy poca energía eléctrica.

Su respuesta es óptima a la hora de reproducir altas frecuencias, resultan incapaces de reproducir rangos de baja frecuencia.

Los zumbadores piezo están diseñados para emplearse con voltajes altos (generalmente entre 5V y 220V) y con consumos de corriente de menos de 20mA. Gracias a los voltajes más altos, los zumbadores piezo tienen normalmente un mayor nivel de presión acústica (SPL) (entre 85db y 120db) que los zumbadores magnéticos.

Un zumbador piezo responde al voltaje a cualquier frecuencia, pero mucho más fuertemente cuanto más se acerca a su frecuencia de resonancia de entre 2 kHz y 6 kHz.

Cómo funciona un zumbador magnético

Entender cómo funciona un zumbador magnético es mucho más sencillo, porque estamos más habituados a ellos. Es el modo en el que funcionan los altavoces.

Al aplicar una tensión a una bobina genera un campo magnético que provoca un movimiento por el efecto de atracción o repulsión que ejerce sobre uno o varios imanes de los que está dotado el zumbador.

Diferencia entre zumbador y módulo zumbador

Diferenciar entre un zumbador y un módulo de zumbador es muy importante a la hora de su conexión, pero también es muy sencillo de distinguir.

Un zumbador es solo el zumbador en sí y el módulo de zumbador incorpora además el transistor y la resistencia (y en ocasiones un diodo de protección).

El zumbador, a secas, es un componente individual que tiene como función generar sonidos.

Un zumbador (el componente individual), en la mayoría de los casos, necesita componentes externos para funcionar.
Un módulo zumbador es una placa en la que encontramos el zumbador junto con los componentes externos adicionales necesarios para conectarlo a un microcontrolador.
Tabla diferencias zumbador y módulo zumbador

Zumbador

Zumbador piezoeléctrico
Zumbador piezoeléctrico

Si tienes un zumbador suelto, por regla general, no podrás conectarlo directamente al microcontrolador ESP8266, ya que, aunque su consumo de energía no es demasiado elevado, es superior a la que el microcontrolador puede proporcionar.

Módulo zumbador

Módulo zumbador piezoeléctrico

Si tienes un módulo de zumbador, la conexión entre el módulo y la placa de microcontrolador Arduino, EPS8266 o ESP32 es muy sencilla. Solo tienes que conectar el positivo y negativo de alimentación y la señal de control al pin de E/S del microcontrolador y listo.

Módulo zumbador pasivo
Módulo zumbador activo
Truco para diferenciarlos: El que tiene etiqueta adhesiva encima es activo

¿Por qué motivo necesitamos un transistor?

Cuando creamos un circuito para controlar un zumbador, sea activo o pasivo, con un microcontrolador como Arduino, ESP8266 o ESP32, debemos tener en cuenta los límites de corriente que pueden suministrar sus pines.

Los zumbadores, por regla general, consumen más corriente de la que un pin de un microcontrolador es capaz de suministrar, y si el zumbador consume más corriente de la que el pin es capaz de proporcionar, tendremos que darle una solución.

Las corrientes máximas que pueden proporcionar los pines de los microcontroladores de los que estamos hablando, son las siguientes:

MicrocontroladorPlacasCorriente máx.
ATmega328PArduino Nano, Arduino Uno, Arduino Pro Mini40 mA
ATmega2560Arduino Mega20 mA
ESP8266ESP-01, NodeMCU, WeMos D1 Mini12 mA
ESP32DevKitC, Adafruit HUZZAH32, Sparkfun ESP32 Thing Plus20 mA

Los zumbadores piezoeléctricos, tienen un consumo de corriente de 20mA y pueden, por tanto, ser alimentados directamente por el microcontrolador de un Arduino y por el ESP32 (no con el ESP8266, si te fijas en la anterior tabla). Pero si queremos utilizar zumbadores de imán con un consumo de corriente superior a 20 mA, debemos disponer de una fuente de alimentación diferente a la del pin de E/S del microcontrolador.

La solución es emplear un transistor y separar la señal de control y de la línea de alimentación. En mi caso, empleo el 2N2222 NPN como transistor de potencia para alimentar el zumbador.

  • Transistor NPN: porque queremos encender el zumbador, activo o pasivo, estableciendo el pin digital del microcontrolador ALTO.
  • Interruptor de lado bajo: el transistor está en el lado bajo (negativo) del circuito y el timbre está conectado en el lado positivo (5V o 3.3V). Si no fuera así, no podríamos desconectar una carga que tenga un voltaje mayor que el voltaje de control.

Muchos módulos comerciales (la mayoría) utilizan un transistor PNP en lugar de NPN lo que se tiene el efecto de que se activan por una señal baja (al quitarles la señal de control suenan). Tendrás que tener esto en cuenta al escribir tus reglas y adaptarlas, si es necesario.

Cuando usas un módulo zumbador con activación por señal baja, es particularmente importante que, tras emitir el sonido, el pin que controla el buzzer quede a nivel alto (pin activado o a 1), de lo contrario el buzzer quedaría activado sin emitir sonido y se quemaría (recuerda que los zumbadores con transistor de tipo PNP, casi todos, son activados por nivel bajo).

Lo mejor, si tienes un polímetro, es que te asegures, midiendo el voltaje directamente en el elemento zumbador (no a la entrada del módulo), de que no tiene tensión aplicada.

Esquema de un módulo zumbador

En la siguiente imagen puedes ver el esquema más habitual de los módulos zumbadores disponibles en el mercado (como los que ilustran este artículo).

Esquema módulo zumbador

Conexión del zumbador a un Arduino Uno

En las próximas imágenes se muestra el cableado entre el zumbador y distintos microcontroladores (en preparación).

Conexión del zumbador a un ESP8266

En las próximas imágenes podrás ver el cableado entre el zumbador y el NodeMCU o WeMos D1 Mini. En otras placas basadas en el ESP8266 el cableado será casi idéntico, adaptando a los pines que corresponda.

AVISO HASTA QUE PUEDA CAMBIAR EL DIAGRAMA: NO CONECTES EL ZUMBADOR A 5V. CONÉCTALO A 3.3V PARA EVITAR RUIDOS MOLESTOS (COMO TE EXPLICO MÁS ABAJO)

NodeMCU conectado a módulo zumbador pasivo
Wemos D1 Mini conectado a módulo zumbador pasivo

Cableado entre las placas Buzzer y ESP32

El ESP32 sigue los nombres del ESP8266. Simplemente conéctalo como en los ejemplos anteriores a los pines con los mismos nombres.

Un inconveniente de los módulos de zumbador activados por nivel bajo

Desgraciadamente (para lo que voy a comentar a continuación), la mayoría de los módulos de zumbador comerciales se activan por nivel bajo (te costará más encontrar uno que se active por nivel alto) y esto tiene el siguiente inconveniente:

Un zumbador del tipo del que estamos hablando aquí, emite un sonido más fuerte cuando lo conectamos a 5V que cuando lo conectamos a 3.3V. El problema es que con los módulos activados por nivel bajo no los podemos (o debemos) alimentar a 5V, si los vamos a usar con un ESP8266 o ESP32 (con la consiguiente pérdida de potencia de sonido) por lo siguiente:

Supongamos que conectamos el módulo zumbador a 5V.

El problema es que, para el zumbador, el “nivel alto” (silencio) serían esos 5 voltios, pero, claro, el ESP8266 o el ESP32 no sacan por sus pines 5 voltios, sino 3.3 voltios.

Esto significa que cuando sacamos un nivel alto pro el pin para que el zumbador quede en silencio, el zumbador no recibe 5V, que es lo que él espera, sino 3.3V. Un voltaje intermedio que para él no es ni alto ni bajo.

Consecuencia: el zumbador probablemente emitirá clicks, clacks, y sonidos extraños porque esos 3.3V le están llevando a un lugar indefinido, donde él (en su mundo digital de 0 y 5 voltios) no sabe vivir.

Solución: Aliméntalo a 3.3 voltios, aunque de un sonido más bajo. La mayor parte de las veces querrás el zumbador para dar avisos, no como alarma, y el nivel de sonido a 3.3 voltios es más que de sobra.

Construye tu módulo zumbador

Yo, particularmente, siempre prefiero construirme mis propios módulos zumbadores. De esa forma lo tengo rápidamente y los construyo con un transistor NPN, de manera que se activen por nivel alto. Mucho más lógico y fácil de utilizar.

Módulo zumbador casero SMD NPN

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